Анализ видов и последствий отказов (АВПО, FMEA) – один из фундаментальных методов обеспечения отказобезопасности в авиации. Он может показаться простым, но АВПО — мощный аналитический инструмент, без которого невозможны проектирование современных авиационных систем и их сертификация.
АВПО формирует структурированное представление о том, какие отказы могут возникнуть в системе, как проявляются, к каким последствиям приводят и насколько вероятны. В авиации АВПО используется в связке с другими методами анализа безопасности. В частности, он обеспечивает данные для количественных моделей отказов – для FMES и деревьев неисправностей.
Суть метода
АВПО — это систематическое исследование «снизу-вверх», цель которого — выявить все возможные элементарные отказы и оценить их влияние на функции блока, системы и самолёта.
Ключевые задачи АВПО:
🔹Определить виды отказов отдельных компонентов или функций;
🔹Описать непосредственные последствия каждого отказа;
🔹Определить воздействие на выше уровень вплоть до уровня систем самолёта;
🔹Установить интенсивности отказов и характеристики обнаруживаемости;
🔹Передать сведения в FMES для последующих количественных расчётов.
Стандарт Р-4761 определяет АВПО как основной инструмент идентификации отказов, которые затем включаются в анализы «сверху-вниз». По сути, именно АВПО формирует «базу данных отказов», на которой строится логика FTA.
Когда применяется АВПО
Наибольшую ценность метод демонстрирует на ранних стадиях проектирования архитектуры системы. На этом этапе АВПО помогает выявить потенциальные уязвимости и определить потребность в резервировании, встроенном контроле, межканальной независимости и корректных стратегиях обнаружения отказов.
На поздних этапах разработки АВПО играет иную роль. Здесь метод подтверждает, что принятые проектные решения удовлетворяют требованиям безопасности, а архитектура исключает единичные причины катастрофических событий и соответствует выводам FHA и PSSA.
Несмотря на универсальность, метод имеет принципиальные ограничения:
▪️ АВПО оценивает только одиночные отказы и не предназначен для анализа их комбинаций — такие сценарии рассматриваются в рамках FTA, DD или Марковских моделей;
▪️ метод практически неприменим к сложному ПО, поскольку не позволяет оценивать вероятность систематических ошибок разработки, которые должны оцениваться через уровни гарантии разработки (DAL) в соответствии с КТ-178С.
Методика выполнения АВПО
Р-4761 определяет структуру АВПО и последовательность его выполнения, что обеспечивает единый подход в авиационных проектах.
1️. Определение типа анализа:
▪️ функциональный АВПО — используется в PSSA для выявления функциональных отказов и оценки их воздействия на уровень системы;
▪️ компонентный АВПО — применяется в SSA для анализа отказов конкретных элементов и их влияния на архитектуру.
2. Определение видов отказов:
▪️ в функциональном анализе — с применением метода HAZOP;
▪️ в компонентном — через справочники типовых отказов и долевые интенсивности.
3. Описание последствий отказов: на уровнях узла, модуля, блока, подсистемы, системы. Если последствия затрагивают функции уровня системы, они должны быть сопоставлены с классификациями FHA.
4. Анализ обнаруживаемости:
Оцениваются возможности встроенной диагностики, обнаружение отказа экипажем, наличие индикации, а также латентные отказы. Последние затем учитываются в SSA при расчёте времени воздействия и планировании задач обслуживания.
5. Оценка интенсивности отказов: на основе справочников надёжности (ЭРИ, MIL-HDBK-217), эксплуатационных данных или информации поставщика. Для функционального АВПО допускается отсутствие количественной оценки.
6. Формирование FMES:
Отказы группируются по одинаковым последствиям. FMES связывает результаты АВПО и FTA, обеспечивает агрегирование интенсивностей и служит основой для количественного анализа отказов в SSA.
Тонкости и профессиональные нюансы выполнения АВПО
Компетентное выполнение АВПО требует глубокого понимания архитектуры и логики функционирования системы. Особое внимание уделяется скрытым отказам и времени их воздействия: латентные отказы должны быть явно отражены в FMES, учтены в FTA и проверены на необходимость задач обслуживания (CMR).
Для программного обеспечения виды отказов описываются только функционально:
➖«не выполняет действие»,
➖«выполняет неверное действие»,
➖«выполняет действие преждевременно или с задержкой».
Числовые вероятности при этом не указываются.
Также необходимо учитывать общие причины отказов: температуру, вибрации, EMI, питание и общее ПО, поэтому результаты АВПО должны быть сопоставлены с CCA (ZSA, PRA, CMA).
Одна из наиболее распространённых ошибок — некорректное определение последствий отказов. Для их достоверной оценки необходимо опираться на схемотехнику, алгоритмы, логику работы и реальные режимы.
Заключение
АВПО — это не просто таблица с перечислением отказов, а ключевой инженерный инструмент, который обеспечивает целостный и детальный анализ поведения системы при отказах. Он позволяет заблаговременно выявлять слабые места архитектуры, формирует основу для количественного анализа безопасности, обеспечивает корректное построение FMES и FTA, а также служит инструментом для достижения целей безопасности, определённых в FHA.
Метод способствует эффективному взаимодействию между инженерами аппаратуры, программного обеспечения и специалистами по системной безопасности обеспечивая единый взгляд на природу и последствия отказов. Несмотря на внешнюю простоту, этот анализ требует высокого уровня профессиональной подготовки и глубокого понимания функционирования систем. Именно поэтому в авиационных проектах АВПО выполняется специалистами высокой квалификации и проходит строгую верификацию.